刘丙浩 李佳奇
摘 要：虚拟现实技术是一种具有极强沉浸性的交叉性技术，广泛应用于虚拟场景漫游项目的制作。文章以党建展览馆为例，采用Maya作为场景建模工具，以Unity 3D虚拟现实引擎为开发工具，实现了党建展览馆项目第一人称虚拟漫游，能够为体验者提供全景展示、场景漫游、历史事件介绍等服务。让学生成为场景的直接参与者，提高学生的沉浸性、交互性，使其能够更加直观地感受三维空间，找到并解决项目中存在的问题，以此提高学生自主学习和解决问题的能力。
关键词：VR技术;场景漫游;党建展览馆
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A文章编号：2096-4706（2021）21-0011-06
Abstract： Virtual reality technology is a cross technology with strong immersion， which is widely used in the production of virtual scene roaming projects. Taking the party construction exhibition hall as an example， this paper uses Maya as the scene modeling tool and Unity 3D virtual reality engine as the development tool to realize the first person virtual roaming of the party construction exhibition hall project， which can provide panoramic display， scene roaming， historical event introduction and other services for the experimenters. Make students become direct participants in the scene， improve students immersion and interaction， make them more intuitively feel the three-dimensional space， find and solve the problems existing in the project， so as to improve students ability of autonomous learning and problem-solving.
Keywords： VR technology; scene roaming; party construction exhibition hall
0 引 言
虚拟现实技术（Virtual Reality， VR）是20世纪发展起来的一项全新的实用技术，同时也是一种多学科综合交叉的技术。由于基于VR技术开发制作的虚拟场景，可以让用户在体验项目时获得身临其境的感受，还可以通过事先制作完备的交互设计，帮助用户实现全景漫游、360°赏析物品等功能，因此VR技术被广泛应用于虚拟建筑漫游、城市规划等领域。本文以党建展览馆为例，基于VR技术进行项目的开发与制作，由于项目具有实现第一人称视角漫游和实时交互等优势，扭转以往消费者所得到的大都是图片、视频等形式二维视觉效果的弊端，提高消费者的三维空间感受，具有一定的实用价值。
1 虚拟场景漫游
虚拟场景漫游是虚拟漫游的一个方面，是虚拟场景搭建与虚拟漫游技术的结合，因其具有很强的沉浸性、交互性、构想性，摆脱了在MAYA、3D MAX软件中沿用固定的摄像机路径进行漫游的单一形式，这种漫游更加自由、灵活、方便。所以在虚拟展览馆、虚拟景点旅游、城市规划、建筑设计等领域应用较为广泛。目前，在虚拟场景漫游项目的制作中，使用三维软件进行场景搭建是基础，而虚拟现实引擎是实现漫游、交互的关键。
2 Unity3D引擎
Unity3D引擎是一款可以实现3D互动内容创作和运营的虚拟现实引擎。目前，该引擎是我校“虚拟现实技术”课程中使用的虚拟现实引擎，也有很多高校和企业都在利用该引擎进行项目的开发。由于可以将项目发布到PC端、安卓端等端口供用户体验，如若再配以专业的硬件设备，则可以让用户感受到身临其境的效果，被广泛应用于ATM、AEC、游戏、影视动画以及Untiy教育等领域。
3 VR党建展览馆整体设计与制作
本文所开发的VR党建展览馆，是“虚拟现实技术”课程中的一个综合项目，其中在模型创建环节主要使用MAYA软件，贴图使用的是Photoshop软件，运行引擎使用的则是Untiy 3D软件。在MAYA和Photoshop中进行模型和场景美术制作，在Unity3D虚拟现实引擎中完成场景漫游和交互设计与制作，如图1所示。
3.1 场景搭建和美术设计
该环节主要是通过MAYA软件来完成，基本流程包括建模、贴图、渲染等。侧重于考查学生对场景搭建的整体把握：
（1）展览馆墙体模型制作。展览馆内部墙体为白色，前后有两个门，两面墙上有英雄人物介绍，一面墙上有长条状LED显示屏，屋顶有五星形状的灯具。整体布局数据为，长30米、宽6米、高4米。在建模环节，主要利用长方体进行墙体的制作，如图2所示。
（2）两个展台模型制作。本次制作的内容是展览馆中的一间展览室，因此所需模型的数量较多，其中还包括两个展台，所以各个展台的位置、比例都需要提前设计好。展台高为1.2米，宽为1.2米，玻璃架外宽为1.4米，如图3所示。
（3）LED显示屏模型制作。通过缩放挤出等命令由长方体变形而来，长3.5米，高1.2米。主要用来播放相关视频，丰富展览馆的内部环境，如图4所示。
（4）汽车、枪支模型制作。这两个模型是主要的展示物品，需要仔细认真地完成每一个制作环节，例如：轮胎、车门、车座椅等模型都需要制作。然而由于模型细节过多，若一一制作，过多的面数必定会影响项目运行速度，所以对汽车和枪支内部不可见的零件进行了简化处理，如图5所示。
（5）人物展板模型制作。主要是在长方体的基础上，按照一定的尺寸进行缩放挤出，此外还需执行复制、摆放步骤。
3.2 美术设计
美术设计主要是针对预想的画面效果，对模型进行UV拆分，然后使用Photoshop软件进行贴图的绘制与处理。该项目中第一类贴图的制作主要是对现有素材进行校色、剪切、抠图等处理;由于场景中一些特定的图形图案需要制作者亲自设计，因此第二类贴图的制作基本上是由制作者自己绘制的。
主要考查学生对灯光、色彩的掌握情况：
（1）展览馆墙体贴图制作。由于展览馆墙体不会有过多的图案，因此展览馆墙体贴图采用的是整体亮白色。
（2）人物展板贴图制作。这部分贴图制作工作量比较大，展板数量多，需要在Photoshop软件中逐一调整素材大小比例关系，最终在MAYA软件中将贴图指定给模型。
（3）汽车、枪支贴图制作。在建模时考虑到面数过多会影响场景在Untiy 3D引擎中的运行效率，对模型进行了相应的简化处理。为此对这两个模型贴图的绘制要精细、逼真，除了常规的color贴图之外，还绘制了凹凸贴图，通过贴图的细节弥补模型细节方面的缺失，从而提高体验者的视觉效果，如图6所示。
3.3 漫游环节效果制作
在将模型导入Unity3D引擎之前，对场景进行了清理和优化：
（1）删减重叠的面，尤其是删掉在漫游过程中看不到的面。
（2）过滤掉不需要的材质球、空组、空节点等无效数据。
（3）删除在模型制作阶段创建的所有灯光、摄像机，避免与Untiy 3D引擎中的灯光、相机产生冲突。
在Unity3D中新建一个项目文件并以英文命名，这样可以避免文件损坏。然后，将搭建好的场景导入Unity 3D中，为下一步的工作做好准备。
制作自动漫游大致分为两步：
（1）第一人称视角的漫游效果制作。首先，在场景中加载、激活Xdreamer插件，创建一个Xdreamer根节点;然后，新建一个“行走相机”，这样就可以通过W、A、S、D四个按键实现模拟人走路的视角;最后，创建碰撞体，避免行走相机穿出墙体，如图7所示。
（2）自动漫游效果制作。在已创建Xdreamer根节点的基础上，新建一个“动画相机”，然后根据展览馆内部的空间布局，新建多个cube作为锚点，将它们放置在设计好的路线上形成一条路径，用来控制漫游相机的移动路径，通过鼠标点击“动画相机”按钮即可以实现自动漫游效果，如图8所示。
3.4 交互功能制作
交互功能的制作，能够实现人与环境的互动，本项目中主要围绕以下三种交互功能进行制作：
（1）汽车、枪支模型旋转效果制作。首先，新建一个button，将其命名为“坦克旋转”，将按钮的文本名称改为“汽车自动旋转”;然后，新建一个状态机，创建“按钮点击”组件，并且对“按钮点击”组件进行重命名，分别为“汽车旋转”和“枪支旋转”，将“汽车旋转”和“枪支旋转”的按钮组件拖拽到“按钮点击”属性中的插槽里面;最后到状态库中找到“自动旋转”组件，将汽车模型、枪支模型分别拖到“旋转”组件对象节点上，然后测试、调整旋转一周使用的时间和鼠标旋转时的速率，逻辑交互编辑连接：“进入”—“汽车旋转”/“枪支旋转”—“自动旋转”。
（2）热点介绍效果制作。首先，在编辑器窗口中找到所需的工具包，新建“热点”（关闭自动缩放功能）调整大小比例和位置;然后，新建一个“image”，选择之前在Photoshop中制作的图案将其导入到image中;最后，新建一个文本框，输入与人物相符的简介，调整文本的字体、字号、颜色、行间距等项目。其他的人物介绍或物品介绍与所举例子相同，因此可以通过复制的方法，快速设计、制作出其他项目的文字介绍，但是文本介绍必须与人物信息相符。逻辑交互编辑连接：“进入”—“热点点击”—“文字介绍”。
（3）多媒体素材的播放与暂停。首先，创建Xdreamer根节点，将所需的视频素材先后拖入到资源面板、项目制作窗口，关闭Paly on Awake属性（运行状态下自动播放），命名为“视频”;然后，创建一个按钮，并且将按钮名称改为“视频播放”;最后，在状态库/多媒体选择“视频”组件中，将视频素材拖拽到“视频”组件属性中的“视频源”节点上。逻辑交互编辑连接：“进入”—“视频播放”，如图9所示。
3.5 界面布局及UI设计与制作
在VR党建展览馆项目的开发制作过程中，使用Photoshop软件进行UI的设计与制作，主要使用了钢笔、仿制图章等工具，用到的UI图标很多，例如：行走相机、漫游相机、视频播放等。该环节最重要的目标是使UI风格统一、颜色统一、比例统一，如图10所示。
3.6 项目功能测试与发布效果制作
在这一测试环节中，最重要的一点是测试运行状态下漫游功能及交互功能能否顺利实现，有没有运行上的BUG;另一点是检查界面布局是否美观、大方，是否存在不合理的地方，如存在不合理之处则再次修改和完善，直至项目的运行和界面布局没有任何瑕疵，最后执行“发布”。
4 结 论
虚拟现实场景漫游技术是虚拟现实技术中的一个模块，也是一项综合的计算机技术。本文所开发的VR党建展览馆是课程教学中一个综合的教学项目，使用MAYA、Photoshop和Unity3D三个软件实现了党建展览馆两种不同的漫游方式，以及多个交互设计。以实际的项目开发和制作为载体，提高课程的教学效果，激发学生的主观能动性，提升学生的操作技能和解决实际问题的能力。
参考文献：
[1] 杨琼.VR全景技术在室内设计专业中的运用 [J].住宅与房地产，2020（35）：179-180.
[2] 翁嘉.基于虚拟现实技术的实训教学改革策略 [J].浙江水利水电学院学报，2020，32（6）：81-84.
[3] 孙福，孙佳怡，刘国庆，等.虚拟仿真实验教学项目评价研究 [J].实验技术与管理，2020，37（7）：187-190.
[4] 杜佳，李岚.“以学生为中心”的虚拟现实技术课程线上教学模式设计 [J].兰州文理学院学报（自然科学版），2020，34（5）：111-114.
[5] 罗术通.浅谈VR显示技术原理 [J].内蒙古煤炭经济，2019（16）：58+89.
作者简介：刘丙浩（1993.03—），男，汉族，山东滨州人，讲师，硕士，研究方向：数字媒体艺术、新媒体;李佳奇（1994.08—），女，汉族，河北石家庄人，助教，硕士，研究方向：环境艺术设计。
